بخشی از مقاله
چکیده
خودسوزی ناشی از گرمایش خودبهخودی زغال در معادن زغالسنگ یکی از مهمترین مشکلات عمده در تمامی کشورهای تولیدکننده زغال و نیز ترس و وحشتی بزرگ برای صنایع و محقّقین دستاندرکار در این زمینه است. اکثر آتشسوزیهای زغالی در یک ناحیه کوچک بر اثر گرمایش خودبهخودی شروع میشوند و به تدریج ناحیه وسیعی را در بر میگیرند که نتایج آن باعث از دست رفتن میلیونها تن زغالسنگ، آلودگیهای زیست محیطی ناشی از انتشار گازها و خروج دود فراوان، افزایش دمای محیط و غیره میشود؛ لذا برای بررسی این پدیده، در این تحقیق ابتدا مکانیزم خودسوزی زغالسنگ ارائه شده است و در ادامه تأثیرات زیست محیطی ناشی از خودسوزی زغالسنگ در دپوهای زغالی بیان شده است و همچنین مهم ترین پارامترهای مؤثر در خودسوزی زغال سنگ در دپوهای زغالی شناسایی شده اند و در انتها راهکارهایی برای جلوگیری از گرمایش خودبهخودی و خودسوزی زغالسنگ در دپوهای زغالی خروجی از کارخانههای زغالشویی آورده شده است.
.1 مقدمه
زغال سنگدر بسیاری از کشورهای جهان تولید و در تعدادی از این کشورها نقش مهمّی در اقتصاد آنها ایفا میکند. در طول سالیان متمادی، بشر از زغال سنگ برای تأمین گرمای فضا، تأمین انرژی صنایعی همچون سیمان و فولادسازی، تولید الکتریسیته، تبدیل آن به کک و استفاده از کک در صنایع چدن و فولاد سازی، در تبدیل به نفت1 و گاز2 برای صنایع حمل و نقل و شیمیایی و غیره استفاده کرده است
خطرات ناشی از معدنکاری زغال یکی از عوامل محدودکننده طراحی در معادن محسوب میشود .[1] از مهم ترین خطرات ناشی از معدنکاری زغال در معادن زیرزمینی میتوان به نشست سطح زمین3، انفجار خودبهخودی سنگ4، خودسوزی زغال1، گازدهی، آلودگی محیط زیست و غیره اشاره کرد [2]؛ لذا ضرورت دارد این خطرات به طور دقیق شناسایی و راههای پیشبینی، پیشگیری و کنترل آنها ارزیابی شوند.
یکی از مخاطراتی که میزان آن در معادن زغال سنگ جهان به میزان قابل توجهی رخ میدهد، »خطر خودسوزی زغال سنگ« است. خودسوزی زغالسنگ در معادن زیرزمینی، معادن روباز، معادن قدیمی و متروکه، محل انباشت و ذخیره سازی زغال - در معادن، نیروگاهها و بنادر ساحلی - ، در هنگام حمل و نقلهامخصوصاً حمل و نقلهای دریایی و در مکانهای دفع باطلههای حاصل از معدنکاری و صنایع مرتبط میتواند به وجود آید .[3 , 4] در معادن زیرزمینی زغال، بدترین حالت زمانی رخ میدهد که خودسوزی زغال در حضور اتمسفر قابل انفجار صورت بگیرد که ممکن است خطر خودسوزی تبدیل به انفجار شود و تمام معدن را درگیر کند. در این مقاله به بررسی خطر خودسوزی زغال در دپوهای زغالی پرداخته شده است.
. 2 خودسوزی یا آتش سوزی داخلی زغالسنگ
خودسوزی مواد معدنی، یکی از دلایل عمده آتشسوزی در معادن زغال سنگ استدر. بعضی شرایط، تقریباً هر نوع زغال سنگی در اثر خودسوزی، آتش میگیرد. اثرات خودسوزی ماده معدنی از افزایش مختصر مونوکسید کربن موجود در هوا، تا حریق بزرگ که ممکن است کل معدن را در برگیرد تغییر میکند. به منظور متمایز شدن خودسوزی از آتشسوزی، وقوع آن را با عنوان »گرمایش« یا »احتراق خودبهخودی« بیان میکنند .
خودسوزی زغال که اصطلاحاً به آن "Self-heating" یا "Spontaneous Combustion" میگویند به معنای گرمایش زغال و شروع یک واکنش شیمیایی گرمازا و به دنبال آن افزایش دما و در نتیجه ایجاد یک آتشسوزی خودبهخودی بدون استفاده از منابع گرمایی خارجی اضافی است.
هر آتش سوزی نیاز به 3 عنصر اصلی دارد تا به وقوع بپیونددکه اصطلاحاً به »مثلث آتش«2 معروف است. 3 عنصر تشکیلدهنده مثلث آتش عبارتند از: اکسیژن، گرما - جرقه - و سوخت - ماده سوختنی - که مثلث آتش در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل :1 مثلث آتش [6]
در پدیده خودسوزی زغال نیز به همین 3 عنصر نیاز است، که اکسیژن از هوای محیط تأمین میشود، گرما از طریق جذب اکسیژن به زغال و افزایش دمای زغال تأمین میشود و سوخت مورد نظر زغالسنگ است.
احتراق یا گرمایش خودبهخودی زغالسنگ یک فرآیند خود گرمایشی، گرمازا است که بر اثر اکسیداسیون زغالسنگ بدون هیچ گونه منبع حرارتی خارجی اتفاق میافتد و باعث افزایش دمای مواد زغالی میشود. این فرآیند در نهایت باعث ایجاد شعله و سوختن زغالسنگ میشود .
معمولاً خودسوزی زغال سنگ زمانی اتفاق میافتد که تعادل گرمایی بین 2 اثر متقابل از بین برود. منظور از تعادل گرمایی، آزادسازی گرمای ناشی از واکنشهای اکسایشی و دور شدن و از بین رفتن گرما و حرارت تولیدی با استفاده از جریان تهویه، جابجاییهای همرفتی و یا انتقالهای گرمایی به محیط پیرامون است. زمانی تعادل گرمایی از بین میرود که نرخ تولید گرما بیشتر از هدر رفت آن باشد، در این حالت دما افزایش یافته و واکنش اکسایشی شتاب بیشتری به خود میگیرد
تقریباً تمام انواع زغال سنگ ها در تماس با اکسیژن موجود در هوا اکسید شده و نشانههایی از هوازدگی را از خود نشان میدهند که نتیجه آن کاهش ارزش حرارتی زغال سنگ و آزادسازی میزان قابل توجهی گاز و گرما است که در شکل 2 مشاهده میشود.
شکل :2 چگونگی شکلگیری پدیده گرمایش خودبهخودی زغالسنگ [7]
معمولاً 3 نوع فرآیند در پدیده گرمایش خودبهخودی زغال اتفاق میافتد که عبارتند از :
- 1 جذب سطحی یا فیزیکی یا برآشامی1 اکسیژن.
- 2 جذب شیمیایی یا درآشامی2 اکسیژن که باعث تشکیل ترکیبهای زغال و اکسیژن میشود.
- 3 واکنش شیمیایی3 و اکسیداسیون زغال که باعث تجزیه ترکیبهای زغال و اکسیژن تشکیل یافته از مرحله قبل میشود و نتیجه آن آزادسازی و تولید گازهایی از قبیل مونوکسید کربن - CO - ، دی اکسید کربن - CO2 - ، بخار آب - H2O - و غیره میشود.
.3 تأثیرات زیست محیطی خودسوزی زغال در دپوهای زغالی
· آلودگی فوری محیط زیست توسط انتشار ازهایگ سمّی، قابل اشتعال و قابل انفجار؛ مانند دی اکسید کربن - CO2 - ، مونوکسید کربن - CO - ، اکسیدهای سولفور - SOx - ، اکسیدهای نیتروژن - NOx - ، هیدروژن سولفید - H2S - ، متان - CH4 - ، هیدروژن - H2 - و سایر گازها که مقادیر آن ها کم ولی از طریق احتراق خودبهخودی زغال سنگ ایجاد میشوند که عبارتند از: اتان - C2H6 - ، اتیلن - C2H4 - ، استیلن - C2H2 - و سایر هیدروکربنهای دیگر که مقادیر آن ها بسیار کم است. در بین این گازهای سمی CO2 و CH4 در گرم شدن کره زمین شرکت میکنند.
· انتشار گرما از طریق آتشسوزیهای زغالی باعث افزایش دمای محلی میشود.
· آتشسوزی زغالی باعث هدر رفت میلیونها تن از ذخایر زغالسنگ که جزء منابع انرژی با ارزش است میشود.
